Solarthermie einfach erklärt: Funktion, Aufbau und Kosten
So heizen Sie Ihr Zuhause mit Solarthermie effizient, günstig und umweltschonend
Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie Sie Ihre Heizkosten senken und gleichzeitig mit erneuerbaren Energien einen Beitrag zum Umweltschutz leisten können? Solarthermie bietet Ihnen genau diese Möglichkeit. Mit einer Solarthermieanlage können Sie die Kraft der Sonne nutzen, um Ihr Zuhause mit Wärme zu versorgen – und das ganz umweltschonend und kostengünstig.
In diesem Ratgeber erfahren Sie alles, was Sie über Solarthermie wissen müssen: Nachdem wir erklären, was eine Solarthermieanlage ist, gehen wir auf die Funktionsweise, den Aufbau und verschiedene Kollektoren ein. Wir erklären Ihnen, was eine Solarthermieanlage kostet und wie sie sich in Kombination mit anderen Systemen wie einer Wärmepumpe einsetzen lässt. Abschließend geben wir Ihnen einen Überblick über die Vorteile und Nachteile dieser Art von Solaranlage.
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Kurz und kompakt: Solarthermie einfach erklärt
Definition: Solarthermie ist eine Art von Solaranlage, die die Energie der Sonnenstrahlung nutzt, um Wärme zu erzeugen. Im Gegensatz zur Photovoltaik, die Strom produziert, wird die gewonnene Sonnenenergie bei der Solarthermieanlage für die Warmwasserbereitung oder zur Heizungsunterstützung genutzt.
Aufbau: Eine auf Solarthermie basierende Anlage besteht aus verschiedenen Komponenten. Dazu zählen: Sonnenkollektoren, Rohrleitungen, Speicher zur Wärmeübertragung, Pumpen für den Transport der Wärme und Wärmeüberträger.
Einsatzbereiche: Besonders effizient ist die solarthermische Anlage in gut gedämmten Neubauten, wo sie einen großen Teil des Wärmebedarfs decken kann. Durch die Kombination von Solarthermie und Wärmepumpe lässt sich der Energieverbrauch unter diesen Umständen noch weiter optimieren.
Kosten: Die Kosten einer Solarthermieanlage variieren je nach Größe und Art der Kollektoren sowie der Installation. Eine vollständig auf Solarthermie basierende Anlage für Warmwasser und Heizung kostet zwischen 7.000 und 17.000 Euro, inklusive der erforderlichen Komponenten wie Speicher, Pumpen und Montage.
Was ist Solarthermie und wie funktioniert sie?
Solarthermie ist eine Technologie, die Sonnenlicht in Wärme umwandelt und für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung genutzt wird. Diese umweltfreundliche Technik stellt eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen wie Gas und Öl dar und trägt zur Reduktion der Energiekosten bei, indem sie die herkömmliche Heizung entlastet.
Werfen wir nun einen genaueren Blick auf die Funktionsweise in den Hauptanwendungsbereichen der Solarthermie:
Warmwasseraufbereitung
Unterstützung der Heizung
Einfach erklärt: Was ist der Wirkungsgrad von Solarthermie?
Grob gesagt, wandelt Solarthermie Sonnenenergie durch eine solarthermische Anlage in nutzbare thermische Energie um, die entweder zum Erwärmen von Trinkwasser oder zum Heizen verwendet werden kann. Die Energie aus der Sonneneinstrahlung wird durch Kollektoren auf dem Dach eingefangen, in den Heizungskeller transportiert und dort für die Warmwasserbereitung oder zum Heizen genutzt.
Um ein besseres Verständnis dafür zu bekommen, wie Solarthermie funktioniert, schauen wir uns zunächst mal den Aufbau einer Solarthermie an.
Der Aufbau einer Solarthermie
Der Wirkungsgrad von Solarthermieanlagen liegt bei etwa 50 Prozent für die Warmwasserbereitung und bei durchschnittlich 25-30 Prozent für die Heizungsunterstützung mit Warmwasser, da der Gesamtwirkungsgrad der Anlage durch Wärmeverluste (z. B. in Rohrleitungen und Speichern) sinkt. Einzelne Sonnenkollektoren können jedoch bis zu 80 Prozent der Sonnenstrahlung aufnehmen und in Wärme umwandeln. Wie viel Energie die Kollektorfläche einer Solarthermieanlage aufnehmen kann, variiert je nach Einsatz. Beispielsweise wird im Sommer oft mehr Wärme erzeugt, als tatsächlich benötigt wird, was den Wirkungsgrad in dieser Zeit verringert, da überschüssige Wärme nicht vollständig genutzt werden kann.
Wie unterscheidet sich Solarthermie von Photovoltaik?
Sowohl Solarthermie als auch Photovoltaik sind Solaranlagen, welche die Energie der Sonne nutzen. Sie haben jedoch unterschiedliche Funktionsweisen und Einsatzgebiete. Diese Unterschiede zwischen Solarthermie und Photovoltaik machen sich sowohl bei der Technologie als auch bei der Nutzung bemerkbar:
Ziel der Energieumwandlung: Solarthermie wandelt Sonnenstrahlung in Wärme um, die für die Warmwasserbereitung oder Heizungsunterstützung genutzt wird. Durch eine Solarthermieanlage wird die gewonnene Wärme gespeichert und bei Bedarf verwendet. Eine Solaranlage mit Photovoltaik erzeugt hingegen mit Sonnenlicht Strom, der für den Eigenverbrauch oder zur Einspeisung in das Stromnetz genutzt wird.
Technologie und Komponenten: Solarthermie besteht unter anderem aus Solarkollektoren, wie Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren, einer Solarflüssigkeit, welche die Wärme transportiert, und einem Wärmespeicher, der die aufgenommene Wärme speichert. Im Gegensatz dazu nutzt Photovoltaik Solarzellen, die Sonnenlicht in Gleichstrom umwandeln. Dieser wird dann durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, der in das Stromnetz eingespeist oder im Haus verwendet werden kann.
Einsatzbereiche: Besonders in gut gedämmten Häusern bietet Solarthermie eine effiziente Möglichkeit, den Wärmebedarf zu decken und Energiekosten zu senken. Photovoltaik eignet sich wiederum zur Deckung des eigenen Strombedarfs und kann durch den Energieüberschuss auch zur Stromeinspeisung ins Netz beitragen.
Der Aufbau einer Solarthermie
Eine solarthermische Anlage besteht aus mehreren Komponenten, die zusammenarbeiten, um Sonnenenergie in warmes Wasser und Energie zum Heizen umzuwandeln. Hier sind die wichtigsten Bestandteile:
Solarkollektoren: Die Sonnenkollektoren befinden sich meist auf dem Dach und bestehen aus einem Gehäuse mit Glasabdeckung und einem dunklen Absorberblech aus Materialien wie Kupfer oder Aluminium. Diese Kollektoren sind dafür verantwortlich, die Sonnenstrahlung zu absorbieren und in Wärme umzuwandeln.
Solarkreislauf: Der Solarkreislauf ist ein geschlossenes Rohrsystem, das die Sonnenkollektoren mit dem Solarspeicher verbindet. Es enthält eine spezielle Solarflüssigkeit, meist ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, das die aufgenommene Wärme vom Kollektor zum Speicher transportiert.
Solarpumpe: Eine Solarpumpe sorgt dafür, dass die Solarflüssigkeit im geschlossenen Solarkreislauf zirkuliert. Sie bewegt die Flüssigkeit durch die Solarkollektoren und zum Wärmetauscher im Speicher, wo die aufgenommene Wärme an das Heizungs- oder Trinkwasser übertragen wird.
Solarspeicher: Der Solarspeicher ist ein isolierter Tank, der die gewonnene Wärme speichert. Ein Wärmetauscher im Speicher gibt die Wärme von der Solarflüssigkeit an das Wasser für den alltäglichen Gebrauch oder das Heizungswasser ab. Der Speicher kann entweder ein einfacher Warmwasserspeicher oder ein Kombispeicher für Warmwasser und Heizungsunterstützung sein.
Solarstation und Regelung: Die Solarstation umfasst die Pumpe und den Solarregler, der die Temperaturunterschiede zwischen den Kollektoren und dem Solarspeicher misst. Wenn die Kollektoren mehr Wärme bieten als der Speicher, schaltet der Regler die Pumpe ein, um die Solarflüssigkeit in den Speicher zu leiten. Integrierte Sicherheitsventile, Manometer und ein Ausdehnungsgefäß gewährleisten den sicheren Betrieb der Solarthermieanlage und verhindern Überdruck oder Systemstörungen.
Optionale Komponenten: Ein Pufferspeicher und ein zusätzlicher Wärmeerzeuger sind nicht zwingend erforderlich, können jedoch die Effizienz der Solarthermieanlage steigern. Der Pufferspeicher speichert überschüssige Wärme, die über den aktuellen Bedarf hinaus erzeugt wird, und sorgt so dafür, dass die Solarthermieanlage auch an sonnenschwachen Tagen oder nachts effizient arbeitet. Falls die Solarthermie nicht genügend Wärme liefert, wird eine Zusatzheizung, beispielsweise eine Wärmepumpe oder eine Gastherme, zugeschaltet, um den Warmwasserbedarf oder die Heizungsunterstützung zu decken.
Verschiedene Arten von Kollektoren für Solarthermie und deren Funktion
Es gibt mehrere Arten von Sonnenkollektoren, die je nach Bedarf und baulichen Gegebenheiten eingesetzt werden. Dazu gehören:
Flachkollektoren: Diese Kollektoren bestehen aus einer flachen Glasabdeckung, hinter der sich ein Absorberblech befindet, welches die Sonnenstrahlung in Wärme umwandelt. Flachkollektoren sind kostengünstig und besonders effektiv bei direkter Sonneneinstrahlung.
Röhrenkollektoren: Bei dieser Art von Kollektor sind die Absorber in Röhren eingeschlossen, die wiederum von Glasröhren umgeben sind. Diese Kollektoren bieten eine höhere Effizienz, insbesondere bei diffusen Lichtverhältnissen und niedrigeren Außentemperaturen. Vakuumröhrenkollektoren sind eine besonders leistungsstarke Variante der Röhrenkollektoren, bei der zwischen den Röhren ein Vakuum erzeugt wird, das den Wärmeverlust minimiert und so eine höhere Leistung ermöglicht.
Hybridkollektoren: Diese Kollektoren kombinieren die Funktion der Solarthermie mit der von Photovoltaikanlagen. Sie erzeugen sowohl Wärme für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung als auch Strom.
Welche Kombinationsmöglichkeiten von Solarthermie gibt es?
Solarthermie ist eine äußerst vielseitige Option zur Energieerzeugung, die sich sowohl in bestehende Heizsysteme integrieren lässt als auch mit anderen Technologien kombiniert werden kann.
Kombinationsmöglichkeiten nach Heizsystem:
Mit Wärmepumpe: Solarthermie steigert die Effizienz der Wärmepumpe, indem sie die erforderliche Temperatur für Warmwasser und Heizung bereitstellt. Dadurch wird der Strombedarf der Wärmepumpe gesenkt und die Gesamtenergieeffizienz des Systems erhöht.
Mit fossilen Heizungen (Gas, Öl): Die Solaranlage übernimmt die Warmwasserbereitung, wodurch die herkömmliche Heizung entlastet wird. Das führt zu einer spürbaren Senkung der Heizkosten, da weniger Energie aus fossilen Brennstoffen benötigt wird.
Mit Pelletheizung: Eine Kombination von Solarthermie und Pelletheizung ermöglicht es, einen hohen Anteil erneuerbarer Wärme zu nutzen, was zu einer noch umweltfreundlicheren und effizienteren Wärmeversorgung führt.
Kombinationsmöglichkeiten nach Technologie:
Solarthermie und Photovoltaik: Mit Hybridkollektoren können sowohl Strom (durch Photovoltaik) als auch Wärme (durch Solarthermie) auf derselben Fläche erzeugt werden. Diese Module bieten eine innovative Möglichkeit, um sowohl die Vorteile der Solarthermie als auch die der Photovoltaik zu nutzen.
Solarthermie und Fernwärme: In einigen Fällen kann Solarthermie zur Einspeisung in bestehende Fernwärmenetze genutzt werden, um diese umweltfreundlicher und nachhaltiger zu machen. Dadurch wird der Einsatz von fossilen Brennstoffen weiter reduziert.
Was kostet eine Solarthermieanlage?
Die Kosten von Solarthermie setzen sich aus verschiedenen Faktoren zusammen, die je nach Größe, Art der Kollektoren und dem gewünschten Einsatz variieren können. Dabei ist es wichtig, zwischen den Anschaffungskosten und den laufenden Betriebskosten zu unterscheiden:
Anschaffungskosten einer Solarthermieanlage
Wartungs- und Betriebskosten einer Solarthermieanlage
Fördermöglichkeiten für Solarthermie
Eine Solarthermieanlage reduziert den Verbrauch von fossilen Brennstoffen und hilft Ihnen, Heizkosten zu senken. Besonders mit dem steigenden CO₂-Preis wird die Nutzung von Solarenergie immer rentabler. Die Amortisation der Investition liegt in der Regel zwischen 15 und 20 Jahren, insbesondere bei vollständiger Eigenfinanzierung. Durch Förderprogramme kann sich dieser Zeitraum jedoch deutlich verkürzen, was die Kosten für Solarthermie weiter senkt und die Wirtschaftlichkeit verbessert.
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Lena Pöhler, Kundenberaterin
Was sollte ich vor der Installation einer Solarthermie beachten?
Die Installation einer Solarthermieanlage erfordert sorgfältige Planung, um sicherzustellen, dass die Anlage effizient arbeitet und langfristig Energie spart. Hier sind Punkte, die Sie vorab beachten sollten:
Planung und Voraussetzungen
Anlagentyp und Montage
Wichtige Formalitäten
Wenn Sie Unterstützung bei der Planung Ihrer Solarthermieanlage benötigen, steht Ihnen energis mit umfassender Energieberatung zur Seite. Wir helfen Ihnen, die passende Lösung für Ihre individuellen Bedürfnisse zu finden und begleiten Sie durch den gesamten Prozess.
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Die Vorteile und Nachteile von Solarthermie auf einen Blick
Vorteile der Solarthermie
Umweltfreundlich: Solarthermie nutzt erneuerbare und kostenlose Sonnenenergie, wodurch der Verbrauch fossiler Brennstoffe verringert und CO₂-Emissionen reduziert werden. Diese umweltfreundliche Technologie trägt aktiv zum Klimaschutz bei.
Effizient: Eine Solarthermieanlage weist einen hohen Wirkungsgrad bei der Wärmeumwandlung auf, insbesondere bei der Warmwasserbereitung. Sie kann je nach gewählten Sonnenkollektoren bis zu 80 Prozent der aufgenommenen Sonnenstrahlung in Wärme umwandeln.
Geringer Platzbedarf: Im Vergleich zu Photovoltaikanlagen benötigt eine solarthermische Anlage weniger Dachfläche für eine ähnliche Energieeffizienz. Sie ist daher besonders in kleinen Gebäuden oder dicht bebauten Gebieten von Vorteil.
Langlebig: Die Technologie hinter Solarthermieanlagen ist ausgereift und robust. Kollektoren und Wärmespeicher haben eine lange Lebensdauer, was die Solarthermie zu einer langfristigen Investition macht.
Reduziert Heizkosten: Eine solarthermische Anlage trägt erheblich zur Senkung der Heizkosten bei, da sie den Verbrauch von fossilen Brennstoffen durch die Nutzung der kostenlosen Sonnenenergie ersetzt.
Kombinierbar: Solarthermie lässt sich ideal mit Wärmepumpen kombinieren, um deren Effizienz zu steigern. Sie stellt die notwendige Wärme für Warmwasser und Heizungsunterstützung bereit und senkt so den Stromverbrauch der Wärmepumpe.
Nachteile der Solarthermie
Wetterabhängig: Die Erträge einer Solarthermieanlage sind stark von der Sonneneinstrahlung und der Jahreszeit abhängig. Im Winter, wenn die Sonne weniger scheint, sind die Erträge deutlich geringer, was zu einer eingeschränkten Nutzung der Solarthermie führen kann.
Zusätzliches Heizsystem nötig: Eine solarthermische Anlage kann Warmwasser und Heizung nicht vollständig abdecken, besonders an Tagen mit wenig Sonneneinstrahlung. Häufig wird ein zusätzliches Heizsystem (z. B. Heizkessel, Gastherme oder Wärmepumpe) benötigt, um den Warmwasserbedarf oder die Heizungsunterstützung zu decken.
Hohe Anfangskosten: Trotz der Fördermöglichkeiten können die Anschaffungs- und Installationskosten einer solarthermischen Anlage hoch sein. Diese initiale Investition kann für einige Haushalte eine Hürde darstellen, auch wenn sich die Kosten über die Jahre durch Energieeinsparungen amortisieren.
Begrenzter Nutzen: In den Sommermonaten kann eine Solarthermieanlage zu Überhitzung führen, wenn der Speicher voll ist und keine Wärme mehr aufgenommen werden kann. Diese Stagnation kann den Nutzen der Anlage einschränken.
Nicht für jedes Dach geeignet: Die Dachbeschaffenheit und die beeinflussen den Erfolg einer solarthermischen Anlage. Eine Südausrichtung mit einer Neigung zwischen 30 und 40 Grad ist ideal, aber nicht jedes Dach bietet die notwendigen Voraussetzungen.
Fokus nur auf Wärme: Solarthermie erzeugt ausschließlich Wärme und ist damit auf die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung beschränkt. Im Gegensatz dazu lässt sich der von Photovoltaikanlagen erzeugte Strom vielseitig nutzen, etwa auch für die Wärmeerzeugung über eine Wärmepumpe oder einen Heizstab.
Fazit: Lohnt sich die Solarthermie?
Solarthermie lohnt sich besonders für diejenigen, die eine umweltfreundliche und kostensparende Lösung suchen, um ihren Energieverbrauch langfristig zu reduzieren und von den Vorteilen der Sonnenenergie zu profitieren. Wenn die Anlage richtig dimensioniert und mit ergänzenden Komponenten wie einem Pufferspeicher und einer Wärmepumpe in das bestehende Heizsystem integriert wird, bietet sie eine nachhaltige und effiziente Möglichkeit, Energiekosten zu senken und zur CO₂-Reduktion beizutragen.